Question

16．某含镍（NiO）废料中有FeO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等杂质，用此废料提取NiSO₄的工艺流程如图1：

已知：①有关金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如图．
②25℃时，NH₃•H₂O的电离常数K_b=1.8×10^-5．HF的电离常数K_a=7.2×10^-4，K_sp （MgF₂）=7.4×10^-11．
（1）加Na₂CO₃调节溶液的pH至5，得到废渣2的主要成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃（填化学式）．
（2）Mg能与饱和NH₄Cl溶液反应产生NH₃，请用化学平衡移动原理解释（用必要的文字和离子方程式回答）氯化铵水解生成盐酸和一水合氨，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，镁和氢离子反应生成氢气，氢离子浓度减小，促进平衡正向进行，生成的一水合氨布恩分解生成氨气，Mg+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃↑+H₂↑．
（3）25℃时，1mol•L^-1的NaF溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{7.2×1{0}^{-4}}$ mol•L^-1（列出计算式即可）．NH₄F溶液呈酸性（填“酸性”、“碱性”或“中性”）．
（4）已知沉淀前溶液中c（Mg²⁺）=1.85×10^-3mol•L^-1，当除镁率达到99%时，溶液中c（F^-）=2.0×10^-3 mol•L^-1．
（5）在NaOH溶液中用NaClO与NiSO₄反应可得NiO（OH），化学方程式为2NiSO₄+NaClO+4NaOH=2Na₂SO₄+NaCl+2NiO（OH）+H₂O
此空删去；NiO（OH）与贮氢的镧镍合金可组成镍氢碱性电池（KOH溶液），工作原理为：LaNi₅H₆+6NiO（OH）$?_{充电}^{放电}$LaNi₅+6NiO+6H₂O，负极的电极反应式：LaNi₅H₆+6OH^--6e-=LaNi₅+6H₂O．

Answer 1

分析 某NiO的废料中有FeO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等杂质，加入稀硫酸溶解后过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液为NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，再加入碳酸钠溶液调节溶液PH，使铁离子，铝离子全部沉淀，过滤得到滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，滤液中加入NH₄F沉淀Mg²⁺，生成沉淀滤渣3为MgF₂，过滤得到的滤液，滤液中获得NiSO₄．6H₂O晶体的方法是通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到晶体，失去结晶水得到硫酸镍，
（1）加入碳酸钠溶液调节溶液PH，使铁离子，铝离子全部沉淀；
（2）氯化铵溶液中铵根水解溶液显酸性，镁和氢离子反应生成氢气，促进反应正向进行生成的一水合氨分解生成氨气；
（3）25℃时，1mol•L^-1的NaF溶液中c（F^-）=1mol/L，结合电离平衡常数计算；一水合氨电离平衡常数数K_b=1.8×10^-5．HF的电离常数K_a=7.2×10^-4，HF电离程度大，对应离子水解程度小；
（4）已知沉淀前溶液中c（Mg²⁺）=1.85×10^-3mol•L^-1，当除镁率达到99%时，c（Mg²⁺）=1.85×10^-5mol•L^-1，结合溶度积常数计算；
（5）在NaOH溶液中用NaClO与NiSO₄反应可得NiO（OH），同时生成硫酸钠和氯化钠．

解答 解：某NiO的废料中有FeO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等杂质，加入稀硫酸溶解后过滤得到滤渣1为SiO₂，滤液为NiSO₄、FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、MgSO₄，加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，再加入碳酸钠溶液调节溶液PH，使铁离子，铝离子全部沉淀，过滤得到滤渣2为氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，滤液中加入NH₄F沉淀Mg²⁺，生成沉淀滤渣3为MgF₂，过滤得到的滤液，滤液中获得NiSO₄．6H₂O晶体的方法是通过蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，干燥得到晶体，失去结晶水得到硫酸镍，
（1）加入碳酸钠溶液调节溶液PH，使铁离子，铝离子全部沉淀生成氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，得到废渣2的主要成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃，
故答案为：Al（OH）₃、Fe（OH）₃；
（2）Mg能与饱和NH₄Cl溶液反应产生NH₃，氯化铵水解生成盐酸和一水合氨，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，镁和氢离子反应生成氢气，氢离子浓度减小，促进平衡正向进行，生成的一水合氨布恩分解生成氨气，Mg+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃↑+H₂↑，
故答案为：氯化铵水解生成盐酸和一水合氨，NH₄⁺+H₂O?NH₃•H₂O+H⁺，镁和氢离子反应生成氢气，氢离子浓度减小，促进平衡正向进行，生成的一水合氨布恩分解生成氨气，Mg+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃↑+H₂↑；
（3）25℃时，1mol•L^-1的NaF溶液中c（F^-）=1mol/L，结合电离平衡常数Ka=7.2×10^-4，c（H⁺）=$\frac{7.2×1{0}^{-4}}{1}$=7.2×10^-4，c（OH-）=$\frac{Kw}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{1{0}^{-14}}{7.2×1{0}^{-4}}$mol/L，一水合氨电离平衡常数数K_b=1.8×10^-5．HF的电离常数K_a=7.2×10^-4，HF电离程度大，则NH₄F溶液中铵根离子水解程度大，溶液显酸性，
故答案为：$\frac{1{0}^{-14}}{7.2×1{0}^{-4}}$；酸性；
（4）已知沉淀前溶液中c（Mg²⁺）=1.85×10^-3mol•L^-1，当除镁率达到99%时，c（Mg²⁺）=1.85×10^-5mol•L^-1，K_sp （MgF₂）=c（Mg²⁺）c²（F^-）=7.4×10^-11，c（F-）=$\frac{7.4×1{0}^{-11}}{1.85×1{0}^{-5}}$mol/L，c（F^-）=$\sqrt{\frac{7.4×1{0}^{-11}}{1.85×1{0}^{-5}}}$=2.0×10^-3mol/L，
故答案为：2.0×10^-3；
（5）在NaOH溶液中用NaClO与NiSO₄反应可得NiO（OH），同时生成硫酸钠和氯化钠，反应的化学方程式为：2NiSO₄+NaClO+4NaOH=2Na₂SO₄+NaCl+2NiO（OH）+H₂O，NiO（OH）与贮氢的镧镍合金可组成镍氢碱性电池（KOH溶液），工作原理为：LaNi₅H₆+6NiO（OH）$?_{充电}^{放电}$LaNi₅+6NiO+6H₂O，负极是LaNi₅H₆失电子生成LaNi₅，电极反应为：LaNi₅H₆+6OH^--6e-=LaNi₅+6H₂O，
故答案为：2NiSO₄+NaClO+4NaOH=2Na₂SO₄+NaCl+2NiO（OH）+H₂O；LaNi₅H₆+6OH^--6e-=LaNi₅+6H₂O．

点评 本题考查了物质分离提纯过程分析、物质性质的应用、电离平衡常数和溶度积常数的计算、原电池电极反应的书写等，掌握基础是解题关键，题目难度中等．